[매일메일] 갭락(Gap Lock)과 넥스트키 락(Next-Key Lock)이란 무엇이며, 어떻게 Phantom Read를 방지하나요?

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갭락(Gap Lock)과 넥스트키 락(Next-Key Lock)이란 무엇이며, 어떻게 Phantom Read를 방지하나요?

(2024.12.19 질문)

나의 답안

갭 락(Gap Lock은 특정 인덱스 레코드 사이의 간격을 잠그는 범위 락킹 메커니즘으로 다른 트랜잭션이 새로운 레코드가 동일한 범위의 인덱스 레코드 사이에 삽입되는 것을 방지합니다.

넥스트키 락(Next-Key Lock)은 Record Lock(레코드 락)과 Gap Lock의 조합으로 특정 인덱스 레코드를 잠글 뿐만 아니라 인덱스 레코드 앞뒤 사이의 간격도 함께 잠그는 락킹 메커니즘입니다.

 

Phantom Read는 트랜잭션이 실행되는 동안 동일한 쿼리를 여러 번 수행했을 때, 중간에 다른 트랜잭션이 데이터 삽입, 삭제 등의 작업을 수행함으로써 결과가 달라지는 현상을 말합니다. 이로 인해 "유령(Phantom)" 레코드가 나타나거나 사라지는 것처럼 보입니다.

 

 

employees 테이블이 아래와 같고 salary 컬럼에 단일 인덱스가 설정되어 있다고 가정합니다.

 

name	salary
A	50,000
B	70,000
C	90,000

 

 

 

Transaction A에서 salary가 60,000부터 80,000까지인 직원 조회 시

-- Transaction A
SELECT * FROM employees WHERE salary BETWEEN 60,000 AND 80,000 FOR UPDATE;

 

 

 

조회 출력값은 70,000이 되며

 

 

갭 락(Gap Lock)의 경우

 

인덱스 레코드 사이의 간격을 잠그기 때문에 50,000 - 70,000과 70,000 - 90,000 구간을 잠급니다.

만약 새로운 트랜잭션인 Transaction B에서 잠긴 구간 내의 salary값을 가진 직원 레코드 insert 명령은 차단되어 새로운 레코드 삽입로 인한 Phantom Read 를 방지할 수 있습니다.

-- 갭 락(Gap Lock) 상태에서 Transaction B 시도
INSERT INTO employees VALUES (이름, 75,000); -- 차단됨
INSERT INTO employees VALUES (이름, 65,000); -- 차단됨

 

 

 

넥스트키 락(Next-Key Lock)의 경우

 

갭 락(Gap Lock)과 레코드 락(Record Lock)이 같이 일어나기 때문에 조회 부분인 개별 인덱스 70,000 레코드를 잠그고 앞서 갭 락(Gap Lock)에서 설명한 것과 같이 인덱스 레코드 사이의 간격인 50,000 - 70,000과 70,000 - 90,000 구간을 잠급니다.
이 상태에서 salary가 70,000인 레코드를 update하거나 50,000 - 70,000과 70,000 - 90,000 구간의 새로운 레코드를 insert시 명령은 차단되어 Phantom Read를 방지할 수 있습니다.

-- 넥스트키 락(Next-Key Lock) 상태에서 Transaction B 시도
UPDATE employees SET salary = 75,000 WHERE salary = 70,000; -- 차단됨
INSERT INTO employees VALUES (이름, 75,000); -- 차단됨
DELETE FROM employees WHERE salary = 70,000; -- 차단됨

 

 

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모범 답안

 

 

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질문의 목적

 

데이터베이스의 동시성 제어와 관련된 중요한 개념을 알아야 합니다. 락킹 메커니즘을 이해하고 적절히 활용하면, 동시성은 유지하면서도 데이터 일관성을 보장하는 안정적인 시스템을 설계할 수 있습니다.

 

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주요 개념

 

Phantom Read

트랜잭션이 실행되는 동안 동일한 쿼리를 여러 번 수행했을 때, 중간에 다른 트랜잭션이 데이터 삽입, 삭제 등의 작업을 수행함으로써 결과가 달라지는 현상을 말합니다. 이로 인해 "유령(Phantom)" 레코드가 나타나거나 사라지는 것처럼 보입니다.
주로 읽기 일관성(Read Consistency) 을 유지하는 과정에서 발생할 수 있는 문제입니다.

-- Transaction A
SELECT * FROM employees WHERE salary BETWEEN 1000 AND 2000; -- 10건 조회
-- Transaction B가 새 직원 추가
SELECT * FROM employees WHERE salary BETWEEN 1000 AND 2000; -- 11건 조회

 

갭락(Gap Lock)

• 특정 인덱스 레코드 사이의 간격을 잠그는 방식입니다.
• 새로운 레코드가 그 간격에 삽입되는 것을 방지합니다.
• 갭락은 레코드 자체가 아닌 레코드 간의 간격(gap)을 잠그는 방식으로 작동합니다. 이로 인해, 다른 트랜잭션이 동일한 범위 내에서 새로운 데이터를 삽입하거나 삭제하지 못하도록 막습니다.
  • 기존 레코드 간의 간격을 보호하여 새로운 레코드의 삽입을 방지합니다.
  • 갭 락은 범위 내에 특정 레코드가 존재하지 않을 때 적용됩니다.
  • 트랜잭션이 특정 범위 내에서 데이터의 삽입을 막아 팬텀 읽기(Phantom Read) 현상을 방지합니다.
• 예시: salary 인덱스에서 1000과 2000 사이의 간격을 잠그면, 다른 트랜잭션은 이 범위에 새로운 레코드를 삽입할 수 없습니다.

 

 

넥스트키 락(Next-Key Lock)

• Record Lock(레코드 락)과 Gap Lock의 조합입니다.
• 특정 레코드뿐만 아니라 해당 레코드와 다음 레코드 사이의 갭도 잠그는 잠금 방식입니다.
  • 특정 인덱스 레코드와 그 주변의 갭을 동시에 잠그는 락입니다.
  • 레코드 자체의 변경과 함께 그 주변 공간의 변경도 동시에 제어할 수 있습니다.
  • 넥스트키 락은 특정 레코드와 그 주변 공간을 잠그기 때문에, 다른 트랜잭션이 새로운 레코드를 삽입하여 팬텀 리드를 발생시키는 것을 방지합니다.
• InnoDB의 기본 잠금 방식입니다.

 

-- salary 컬럼에 인덱스가 있다고 가정
SELECT * FROM employees WHERE salary BETWEEN 1000 AND 2000 FOR UPDATE;

1. salary가 1000-2000 범위의 실제 레코드들을 잠그고 (Record Lock)
2. 해당 범위 내의 모든 간격을 잠급니다 (Gap Lock)
3. 결과적으로 Next-Key Lock이 적용됩니다.

 

 

레코드 락(Record Lock)

레코드 락(Record Lock)은 데이터베이스에서 가장 기본적인 행 단위 잠금 방식입니다.

• 개별 인덱스 레코드에 대한 잠금입니다.
• 다른 트랜잭션이 해당 레코드를 수정하거나 삭제하는 것을 방지합니다.
• 항상 인덱스 레코드를 잠급니다 (테이블에 인덱스가 없다면 숨겨진 클러스터형 인덱스를 사용)

-- Transaction A
SELECT * FROM users WHERE id = 1 FOR UPDATE;
-- 이 시점에서 id가 1인 레코드에 대해 레코드 락이 설정됨

-- Transaction B는 이 시점에서 동일 레코드 수정 불가
UPDATE users SET name = 'New Name' WHERE id = 1; 
-- Transaction B는 Transaction A가 커밋되거나 롤백될 때까지 대기

 

갭 락(Gap Lock)과의 차이

• 레코드 락: 실제 존재하는 레코드만 잠그며 특정 레코드에 대한 변경을 막습니다.
• 갭 락: 레코드 사이의 간격을 잠금. 특정 인덱스 범위의 "사이"를 잠그며, 해당 범위 내에서 새로운 레코드 삽입이나 삭제를 방지합니다.

갭락의 특징

• 이미 존재하는 레코드는 갭락에 의해 변경되지 않습니다.
• 주로 인덱스 기반 검색에서 발생하며, 테이블 풀 스캔에서는 동작하지 않습니다.
• 삽입, 삭제와 같은 팬텀 리드 문제를 방지하기 위해 사용됩니다.
• 갭락은 레코드뿐만 아니라 인덱스 범위 전체를 잠그므로, 동시성을 낮출 수 있습니다.
• 대규모 범위 검색 시 데드락(Deadlock)이 발생할 가능성이 증가합니다.

 

넥스트키 락(Next-Key Lock)과의 차이

• 레코드 락: 단일 레코드만 잠급니다.
• 넥스트키 락: 레코드와 그 앞의 갭을 함께 잠급니다.

넥스트키락의 특징

• 특정 레코드의 변경 방지(Record Lock)
• 특정 범위에서 새로운 레코드 삽입을 방지(Gap Lock)
• 레코드 자체와 갭 모두를 잠금으로써 다른 트랜잭션이 조건에 부합하는 새로운 데이터를 삽입하지 못하게 하여 팬텀 리드를 방지합니다.
• 인덱스가 없는 경우 넥스트키락이 아닌 테이블락이 적용될 수 있습니다.
• MySQL에서 기본 격리 수준인 REPEATABLE READ에서 팬텀 리드를 방지하기 위해 넥스트 키 락이 활성됩니다.
• 데이터 무결성을 보장하지만 데드락 발생 가능성이 증가합니다.

 

 

Phantom Read 와 트랜잭션 격리 수준

Phantom Read 발생 가능 격리 수준

• Read Committed: 커밋된 데이터만 읽을 수 있지만 반복적인 읽기에서 팬텀 행이 나타날 수 있습니다.
• Repeatable Read: 한 번 읽은 데이터가 반복적으로 읽힐 때는 일관성을 보장하지만 새로운 행이 삽입되어 팬텀 행이 발생할 수 있습니다.

Serializable 격리 수준에서는 Phantom Read를 방지할 수 있습니다. 이 수준에서는 읽기와 쓰기에 대해 범위 잠금(range lock) 을 적용하므로, 다른 트랜잭션이 범위 내에서 삽입, 삭제, 갱신을 수행하지 못하게 됩니다.